共通テスト数学IIBC '25年第4問 

座標平面上で、x座標とy座標がともに整数である点を格子点という。いくつかの直線や曲線で囲まれた図形の内部にある格子点の個数を考えよう。ただし、図形の内部は、境界(境界線)を含まないものとする。
例えば、直線と
x軸,y軸で囲まれた図形をSとする。Sは図1の灰色部分であり、Sの内部にある格子点を黒丸、内部にない格子点を白丸で表している。したがって、Sの内部にある格子点の個数は6である。

(1) 直線とx軸、直線で囲まれた図形をTとする。Tの内部にある格子点の個数を考える。
直線上の格子点でTの内部にあるものは、点と点の2個である。点と点はTの境界にあるため、内部にはない。
nを整数とする。直線がTの内部にある格子点を通るのは、のときである。のとき、直線上の格子点でTの内部にあるものの個数をとおく。であり、,である。数列はがの数列である。
したがって、
Tの内部にある格子点の個数はである。

の解答群
 公差   公比

の解答群
 等差   等比

(2) nを自然数とする。関数のグラフとx軸,y軸および直線で囲まれた図形をUとする。
kを整数とする。直線がUの内部にある格子点を通るとき、直線上の格子点でUの内部にあるものの個数はである。
したがって、
Uの内部にある格子点の個数は
である。

の解答群
       
       
      


の解答群
    
n   
       
       

の解答群
                            

(3) a,b,cは整数で、,を満たすとする。放物線とx軸、y軸および直線で囲まれた図形をVとする。すべての自然数nに対して、Vの内部にある格子点の個数がとなるのは、,,のときである。



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解答 図1を使って考え方を教えてくれていますが、標準的な格子点の問題です。

(1) Tは、直線とx軸、直線で囲まれた図形です。
直線上でTの内部にある格子点のy座標はを満たします。これを満たす整数yは1と2なので、直線上の格子点はとの個あります。
直線上の格子点の
y座標はを満たします。これを満たす整数yは1から5までの個あります。 ア 5 ......[答]
直線上の格子点のy座標はを満たします。これを満たす整数yは1から8までの個あります。 イ 8 ......[答]
直線上の格子点のy座標はを満たします。これを満たす整数yは1からまでの個あります。
数列は、公差
3の等差数列です。 ウ 0 エ 3 オ 0 ......[答]
従って、Tの内部にある格子点の個数は、
カキク 610 ......[答]

(2) Uは、関数のグラフとx軸,y軸および直線で囲まれた図形です。整数kに対して、直線がUの内部にある格子点を通るとき、直線上の格子点のy座標はを満たします。これを満たす整数yは、1からまでの個あります。 ケ 7 ......[答]
Uの中で格子点を有する直線の整数kはを満たします。
よって、
Uの内部にある格子点の個数Nは、
コ 1 ......[答]
 (等比数列を参照)
サ 7 ......[答]

(3) ,なので、放物線は、すべての実数xに対しての部分に存在します。
Vは、放物線とx軸、y軸および直線で囲まれた図形です。整数kに対して、直線が、Vの内部にある格子点を通るとき、直線上の格子点のy座標はを満たします。kは整数なのでということはなく、これを満たす整数yは、より1からまでの個あります。
より、
Vの内部にある格子点の個数Mは、
 (Σの公式を参照)

となるのは、,, (恒等式を参照),即ち、,,のときです。 シ 3 スセ −3 ソ 2 ......[答]



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